EP0678890A1 - Verfahren zur Zustandserkennung an Leitungsschutzschaltern und zugehörige Anordnung - Google Patents

Verfahren zur Zustandserkennung an Leitungsschutzschaltern und zugehörige Anordnung Download PDF

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EP0678890A1 EP94106336A EP94106336A EP0678890A1 EP 0678890 A1 EP0678890 A1 EP 0678890A1 EP 94106336 A EP94106336 A EP 94106336A EP 94106336 A EP94106336 A EP 94106336A EP 0678890 A1 EP0678890 A1 EP 0678890A1
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    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
    • Y04S20/14—Protecting elements, switches, relays or circuit breakers

Definitions

  • the invention relates to methods for status detection on circuit breakers.
  • the invention also relates to an arrangement for performing such a method.
  • Protection systems are especially necessary for building system technology.
  • the switching status of a circuit breaker is to be detected and reported further via a bus system.
  • a secondary condition is that interventions in the closed switch housing are not necessary.
  • the object of the invention is to implement an improved status detection on circuit breakers.
  • the object is achieved in that an electrically conductive plate or a conductive layer is arranged on the outside of a circuit breaker in such a way that it forms a capacitance with a conductor inside the circuit breaker. Furthermore, the object is achieved in that a capacitive voltage divider is constructed with the aid of a capacitor attached to the outside of a circuit breaker, the one plate of which serves as a measuring surface and forms a capacitance with a conductor inside the circuit breaker.
  • the circuit breaker is assigned a measuring capacitor with at least one evaluation circuit and possibly a bus coupling block in a separate housing, which can be attached directly to the circuit breaker on its mounting rail.
  • FIG. 1 shows a circuit with a circuit breaker 1 and a load 2 connected to it, which are connected to a supply circuit with phases L1 and MP. If a plate capacitor is brought close to this circuit, a capacitive voltage divider is created.
  • C1 denotes the capacitance of a conductor located in the circuit breaker 1 to the measuring surface of a measuring capacitor C2.
  • a capacitive voltage divider with capacitors C1 and C2 is thus formed. The deal with this Arrangements resulting voltages of the voltage divider are designated U1 and U2.
  • the circuit breaker 1 from FIG. 1 with the associated conductive parts is arranged in a housing unit 10.
  • the capacitor C2 is attached on the outside, one plate of which lies in a defined position relative to the conductor L1 and thus forms the capacitor C1.
  • a separate housing unit 20 is provided for the capacitor C2.
  • One side of C2 is connected to MP or earth.
  • the measuring capacitor including the associated evaluation circuit and any bus coupling module that may be present, can be integrated into the separate housing 20 according to FIG. 2, the housing 20 being snapped onto the fastening rail directly next to a circuit breaker.
  • the measuring capacitor C2 is advantageously connected directly to a suitable operational amplifier. The measurement signal amplified in this way can be fed to a threshold switch and compared with a preset value and then fed to the further evaluation.
  • the signal obtained electronically by the latter measure can also be fed directly to an existing coupling module of a building bus system. This means that existing systems can be completed immediately.
  • quenching plates are present in the line circuit breaker, by attaching a measuring capacitor in the vicinity of a predetermined quenching plate, the entry of the arc into the quenching plates can be detected by the voltage jump associated therewith, since a voltage jump occurs in each case.
  • the actual circuit breaker in its existing form was assumed for the measures specified above.
  • the area of the capacitance C1 can be increased or optimized by special shaping of the conductive parts of a circuit breaker or by the application of conductive flags. Such modifications to the line circuit breakers allow further improvements to be made to their status detection.

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  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

Der Schaltzustand von Leitungsschutzschaltern soll detektiert und über Bussysteme weitergemeldet werden können. Dieses ist gemäß der Erfindung ohne Eingriff in das geschlossene Gehäuse (10) eines Leitungsschutzschalters (1) dadurch möglich, daß eine elektrisch leitende Platte bzw. eine leitfähige Schicht derart außen an einem Leitungsschutzschalter angeordnet wird, daß sie mit dem Leiter im Inneren eine Kapazität (1) bildet. Weiterhin kann ein kapazitiver Spannungsteiler mit Hilfe eines außen an den Leitungsschutzschalter (1) angebrachten Plattenkondensators (C2) aufgebaut werden, dessen eine Platte als Meßfläche dient. Bei einer zugehörigen Vorrichtung ist in einem Gehäuse (20) wenigstens ein Meßkondensator (C2) mit einer Auswerteschaltung und einem Busankopplungsstein vorhanden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Zustandserkennung an Leitungsschutzschaltern. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf eine Anordnung zur Durchfuhrung eines solchen Verfahrens.
  • Speziell für die Gebäudesystemtechnik sind Schutzsysteme notwendig. Bei solchen Systemen soll beispielsweise der Schaltzustand eines Leitungsschutzschalters detektiert werden und über ein Bussystem weiter gemeldet werden können. Nebenbedingung ist dabei, daß Eingriffe in das geschlossene Schaltergehäuse nicht erforderlich sind.
  • Es wurde bereits vorgeschlagen, für bestimme Leitungsschutzschalter Zusatzhilfsschalter vorzusehen, die mechanisch an den eigentlichen Schutzschalter angekoppelt sind. Mit solchen Hilfsschaltern soll der Zustand des Hauptleitungsschutzschalters erkannt werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine verbesserte Zustandserkennung an Leitungsschutzschaltern zu realisieren.
  • Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelost, daß eine elektrisch leitende Platte bzw. eine leitfähige Schicht derart außen an einem Leitungsschutzschalter angeordnet wird, daß sie mit einem Leiter im Inneren des Leitungsschutzschalters eine Kapazität bildet. Weiterhin ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein kapazitiver Spannungsteiler mit Hilfe eines außen an einem Leitungsschutzschalter angebrachten Kondensators aufgebaut wird, dessen eine Platte als Meßfläche dient und mit einem Leiter im Innern des Leitungsschutzschalters eine Kapazität bildet.
  • Bei einer zugehörigen Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dem Leitungsschutzschalter ein Meßkondensator mit wenigstens einer Auswerteschaltung und ggfs. einem Busankopplungsstein in einem separaten Gehäuse zugeordnet, das direkt neben dem Leitungsschutzschalter auf dessen Befestigungsschiene aufbringbar ist.
  • Mit der Erfindung ist in vorteilhafter Weise erreicht, daß keine Eingriffe in das Gehäuse des Leitungsschutzschalters notwendig sind. Mit dem Verfahren bzw. der zugehörigen Vorrichtung läßt sich in einfacher Weise erkennen, ob der Abgang des Leitungsschutzschalters an Spannung liegt oder nicht. Weiterhin kann damit bei Anordnung des Meßkondensators in der Nähe des beweglichen Ankers dessen Abweichung von der Ruhelage erkannt werden, der sich gegebenenfalls durch Kurzschluß oder Überlast ergibt. Durch Auswertung der so erkannten Signalzustände, insbesondere durch Auswertung deren zeitlicher Aufeinanderfolge, ist es möglich, die Ursache einer Ausschaltung festzustellen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen
    • Figur 1 ein Schaltbild der neuen Anordnung und
    • Figur 2 den zugehörigen Lageplan.
  • In Figur 1 ist ein Schaltkreis mit einem Leitungsschutzschalter 1 und einer davon geschalteten Last 2 dargestellt, die an einem Versorgungskreis mit den Phasen L1 und MP angeschaltet sind. Wird ein Plattenkondensator in die Nähe dieses Schaltkreises gebracht, entsteht ein kapazitiver Spannungsteiler. In Figur 1 kennzeichnet C1 die Kapazität eines im Leitungsschutzschalter 1 befindlichen Leiters zur Meßfläche eines Meßkondensators C2. Es ist also ein kapazitiver Spannungsteiler mit den Kapazitäten C1 und C2 gebildet. Die sich mit dieser Anordnung ergebenden Spannungen des Spannungsteilers sind mit U1 und U2 bezeichnet.
  • Statt der Anordnung als Spannungsteiler ist es auch möglich, eine elektrisch leitende Platte direkt außen an dem Leitungsschutzschalter 1 derart anzubringen, daß mit dem Leiter im Inneren die Kapazität C1 gebildet wird. Gegebenenfalls kommen dafür Beschichtungen des Schaltergehäuses aus leitfähigem Material in Frage.
  • In Figur 2 ist der Leitungsschutzschalter 1 aus Figur 1 mit den zugehörigen leitenden Teilen in einer Gehäuseeinheit 10 angeordnet. Außen ist der Kondensator C2 angebracht, dessen eine Platte in definierter Position zum Leiter L1 liegt und damit die Kapazität C1 bildet. In Figur 2 ist für den Kondensator C2 eine separate Gehäuseeinheit 20 vorgesehen. Dabei liegt die eine Seite von C2 an MP oder Erde.
  • Bei der Anordnung gemäß Figur 1 bzw. Figur 2 sind keine Eingriffe in das Gehäuse 10 mit dem Leitungsschutzschalter 1 notwendig. Mit dem beschriebenen Aufbau können unterschiedliche Zustände im Leitungsschutzschalter überprüft werden:
  • Bei einer Anordnung gemäß Figur 1 bzw. Figur 2 wurde ein Plattenkondensator mit einer Kapazität C2 = 47 pF und eine verdrillte Meßleitung von 50 cm Länge gewählt. Durch Anordnung eines solchermaßen dimensionierten Meßkondensators bei der Abgangsseite des Leitungsschutzschalters 1 ließen sich mit einem elektronischen Wechselspannungsmeßgerät folgende Spannungen messen:
    • Schalter 1 offen: U₂ = 0,2 V
    • Schalter 1 geschlossen: U₂ = 2 V
    Damit kann also anhand der Meßspannung UM festgestellt werden, ob der Eingang des Leitungsschutzschalters an Spannung liegt oder nicht.
  • Bei gleicher Dimensionierung des Meßkondensators wurde dieser in die Nähe des beweglichen Ankers des Leitungsschutzschalters 1 gebracht und mit dem elektronischen Wechselspannungsmeßgerät in Abhängigkeit von der Abweichung der Ruhelage gemessen. Es ergaben sich folgende Werte:
    • Anker in Ruhelage: U₂ = 348 mV
    • Anker angezogen: U₂ = 337 mV.
  • Es kann somit sogar eine Abweichung des Ankers von der Ruhelage infolge Kurzschluß oder Überlast detektiert werden. Durch die zeitliche Aufeinanderfolge beider vorstehend beschriebener Maßnahmen und Auswertung der dabei erkannten Signalzustände ist also möglich, die Ursache einer Ausschaltung des Leitungsschutzschalters 1 festzustellen.
  • Die beschriebene Anordnung ist in einfacher Weise in die Gebäudesystemtechnik integrierbar. Dafür können der Meßkondensator einschließlich der zugehörigen Auswerteschaltung und einem gegebenenfalls vorhandenen Busankopplungsbaustein in das separate Gehäuse 20 gemäß Figur 2 integriert werden, wobei das Gehäuse 20 unmittelbar neben einem Leitungsschutzschalter auf die Befestigungsschiene aufgeschnappbar ist. Um störende Einflüsse der Meßleitungen auszuschalten, wird der Meßkondensator C2 vorteilhafterweise direkt an einem geeigneten Operationsverstärker angeschlossen. Das so verstärke Meßsignal kann einem Schwellwertschalter zugeführt und mit einem voreingestellten Wert verglichen und dann der weiteren Auswertung zugeführt werden.
  • Speziell das durch letztere Maßnahme elektronisch gewonnene Signal ist auch direkt einem bereits vorhandenen Ankoppelbaustein eines Gebäude-Bussystems zugeführbar. Somit ist eine unmittelbare Komplettierung bestehender Systeme möglich.
  • Durch Einzelmaßnahmen und Verbesserung der in den Figuren 1 und 2 nur prinzipiell dargestellten Systeme können sich weitere Verbesserungen ergeben: Insbesondere wird durch Anordnung einer geerdeten Fläche um den Meßkondensator C2 das Verhältnis von Nutz-/Störsignal verbessert. Speziell für die Positionserkennung beweglicher Teile, wie beispielsweise des bereits erwähnten Ankers, ist eine Differenzmessung zwischen mehreren Meßkondensatoren vorteilhaft. Die örtliche Auflösung kann dabei durch die Verkleinerung der Fläche einzelner Meßkondensatoren gesteigert werden.
  • Sofern im Leitungsschutzschalter Löschbleche vorhanden sind, kann durch Anbringung eines Meßkondenators in der Nähe eines vorbestimmten Löschbleches das Einlaufen des Lichtbogens in die Löschbleche durch den damit verbundenen Spannungssprung erfaßt werden, da jeweils ein Spannungssprung auftritt.
  • Bei den vorstehend angegebenen Maßnahmen wurde jeweils der eigentliche Leitungsschutzschalter in vorhandener Form vorausgesetzt. Durch spezielle Ausformung der leitenden Teile eines Leitungsschutzschalters oder auch durch die Anbringung von leitfähigen Fahnen kann die Fläche der Kapazität C1 vergrößert bzw. optimiert werden. Durch derartige konstruktive Anpassungen von Leitungsschutzschaltern können weitere Verbesserungen zu deren Zustandserkennung realisiert werden.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Zustandserkennung an Leitungsschutzschaltern, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch leitende Platte bzw. eine leitfähige Schicht derart außen an einem Leitungsschutzschalter angeordnet wird, daß sie mit einem Leiter im Inneren des Leitungsschutzschalters eine Kapazität (C1) bildet.
  2. Verfahren zur Zustandserkennung an Leitungsschutzschaltern, dadurch gekennzeichnet, daß ein kapazitiver Spannungsteiler mit Hilfe eines außen an einem Leitungsschutzschalter angebrachten Plattenkondensators (2) aufgebaut wird, dessen eine Platte als Meßfläche dient, die mit einem Leiter im Inneren des Leitungsschutzschalters eine Kapazität (1) bildet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (1) auf der Abgangseite des Leitungsschutzschalters in der Nähe des Leiters realisiert wird und daß die kapazitiv übertragene Spannung erfaßt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (C1) in der Nähe des beweglichen Ankers des Leitungsschutzschalters realisiert wird und daß die kapazitiv übertragene Spannung erfaßt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus den anhand der Spannungen erfaßten Signale der Schaltzustand des Leitungsschutzschalters erkannt wird.
  6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 5, mit einem gekapselten Leitungsschutzschalter, der auf einer Befestigungsschiene aufbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Leitungsschutzschalter (1) ein Gehäuse (20) mit wenigstens einem Meßkondensator (C2) und gegebenenfalls einer Auswerteschaltung und einem Busankopplungsbaustein zugeordnet sind, wobei das Gehäuse (20) neben dem Leitungsschutzschalter (1) auf der Befestigungsschiene aufschnappbar ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkondensator (C2) an einen Operationsverstärker angeschaltet ist.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Operationsverstärker ein Schwellwertschalter zugeordnet ist, in dem das verstärkte Meßsignal mit einem einstellbaren Wert verglichen wird.
  9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ankoppelbaustein für ein Gebäudebussystem vorhanden ist.
  10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkondensator (C2) in der Nähe eines Löschbleches des Leitungsschutzschalters angeordnet ist.
  11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß leitende Teile des Leitungsschutzschalters (1) derart ausgeformt sind, daß die interne Kapazität optimiert ist.
  12. Anordnung nach Anspruch 6 oder Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Anbringung von zusätzlichen leitfähigen Fahnen zur Vergrößerung der internen Kapazität.
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